DE102018118694A1 - laser diode chip - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Laserdiodenchip beschrieben, umfassend- einen n-Typ Halbleiterbereich (3), einen p-Typ Halbleiterbereich (5) und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich (3) und dem p-Typ Halbleiterbereich (5) angeordnete aktive Schicht (4),einen n-Kontakt (9) und einen p-Kontakt (8),- mindestens ein Heizelement (14), das an einer dem p-Typ Halbleiterbereich (5) zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet sind, wobei das Heizelement (14) als Widerstandsheizung fungiert.A laser diode chip is described, comprising an n-type semiconductor region (3), a p-type semiconductor region (5) and an active layer (4) arranged between the n-type semiconductor region (3) and the p-type semiconductor region (5) ), an n-contact (9) and a p-contact (8), - at least one heating element (14), which are arranged on a side of the laser diode chip facing the p-type semiconductor region (5), the heating element (14) acts as a resistance heater.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserdiodenchip, der sich insbesondere durch eine verbesserte Stabilität der Emissionswellenlänge auszeichnet.The invention relates to a laser diode chip, which is characterized in particular by an improved stability of the emission wavelength.

Laserdiodenchips haben normalerweise eine temperaturabhängige Emissionswellenlänge. Weiterhin kann eine produktionsbedingte Streuung der Emissionswellenlänge bei einer gegebenen Temperatur auftreten. Dies kann speziell für Anwendungen in der Messtechnik unerwünscht sein, wenn z.B. durch spektral schmalbandige Filter Umgebungslicht ausgefiltert werden soll, um das Signal/Rauschverhältnis des Messwerts zu erhöhen. Bei Verwendung dieser schmalbandigen Filter besteht die Gefahr, dass die Wellenlänge des Laserlichts zumindest bei gewissen Temperaturen außerhalb des Transmissionsfensters des Filters liegt und daher das Licht den Detektor nicht erreichen kann. Diese Gefahr ist insbesondere dann groß, wenn der Laserdiodenchip z.B. anwendungsbedingt nicht in einer temperaturkontrollierten Umgebung eingesetzt werden kann, oder wenn der Laser bei unterschiedlichen Leistungen (und damit auch unterschiedlich starker Eigenerwärmung) betrieben werden soll.Laser diode chips usually have a temperature-dependent emission wavelength. Furthermore, production-related scattering of the emission wavelength can occur at a given temperature. This can be particularly undesirable for applications in measurement technology, e.g. if ambient light is to be filtered out by spectrally narrow-band filters in order to increase the signal / noise ratio of the measured value. When using these narrow-band filters, there is a risk that the wavelength of the laser light lies outside the transmission window of the filter, at least at certain temperatures, and therefore the light cannot reach the detector. This risk is particularly great if the laser diode chip e.g. Depending on the application, it cannot be used in a temperature-controlled environment or if the laser is to be operated at different powers (and therefore also at different levels of self-heating).

Eine mögliche Lösung ist eine Temperierung der Umgebung des Lasers. Allerdings muss dafür eine größere Masse geheizt werden, was hohe (Spitzen-)Heizleistungen erfordert, insbesondere wenn die Zielwellenlänge in kurzer Zeit erreicht werden soll. Außerdem ist es bei großem beheizten Massen schwierig, die Temperatur stabil auf dem Zielwert zu halten, da sowohl die Eigenerwärmung des Lasers im Betrieb als auch ggf. schnelle Änderungen der Außentemperatur kompensiert werden müssen.A possible solution is to temper the area around the laser. However, a larger mass must be heated for this, which requires high (peak) heating outputs, especially if the target wavelength is to be reached in a short time. In addition, with large heated masses, it is difficult to keep the temperature stable at the target value, since both the self-heating of the laser during operation and any rapid changes in the outside temperature have to be compensated for.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Laserdiodenchip anzugeben, der sich insbesondere durch eine verbesserte Stabilität der Emissionswellenlänge auszeichnet.One problem to be solved is to provide an improved laser diode chip, which is particularly characterized by an improved stability of the emission wavelength.

Diese Aufgabe wird durch einen Laserdiodenchip gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a laser diode chip according to independent claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Laserdiodenchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform einen n-Typ Halbleiterbereich, einen p-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich und dem p-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht. Der n-Typ Halbleiterbereich, der p-Typ Halbleiterbereich und/oder die aktive Schicht können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der Laserdiodenchip weist beispielsweise einen p-Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des p-Typ Halbleiterbereichs und einen n-Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des n-Typ Halbleiterbereichs auf. Der p-Kontakt und/oder der n-Kontakt können insbesondere ein Metall, eine Metalllegierung und/oder eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid aufweisen.According to at least one embodiment, the laser diode chip comprises an n-type semiconductor region, a p-type semiconductor region and an active layer arranged between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region. The n-type semiconductor region, the p-type semiconductor region and / or the active layer can each comprise one or more semiconductor layers. The laser diode chip has, for example, a p-contact for electrical contacting of the p-type semiconductor region and an n-contact for electrical contacting of the n-type semiconductor region. The p-contact and / or the n-contact can in particular have a metal, a metal alloy and / or a layer made of a transparent conductive oxide.

Der Laserdiodenchip kann insbesondere ein III-V-Halbleitermaterial aufweisen. In Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge kann das Halbleitermaterial beispielsweise ein Arsenidverbindungshalbleitermaterial, ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial oder ein Nitridverbindungshalbleitermaterial sein.The laser diode chip can in particular have a III-V semiconductor material. Depending on the emission wavelength, the semiconductor material can be, for example, an arsenide compound semiconductor material, a phosphide compound semiconductor material or a nitride compound semiconductor material.

Der Laserdiodenchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Heizelement, das vorzugsweise an einer dem p-Typ Halbleiterbereich zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet ist. Insbesondere folgt das Heizelement von der aktiven Schicht aus gesehen dem p-Typ Halbleiterbereich nach. Das Heizelement kann beispielsweise unmittelbar auf dem p-Typ Halbleiterbereich oder vorzugsweise auf einer elektrisch isolierenden Schicht, die auf dem p-Typ Halbleiterbereich angeordnet ist, angeordnet sein.According to at least one embodiment, the laser diode chip comprises a heating element which is preferably arranged on a side of the laser diode chip facing the p-type semiconductor region. In particular, viewed from the active layer, the heating element follows the p-type semiconductor region. The heating element can, for example, be arranged directly on the p-type semiconductor region or preferably on an electrically insulating layer which is arranged on the p-type semiconductor region.

Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die Schicht oder das Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.Here and in the following, the fact that a layer or an element is arranged or applied “on” or “above” another layer or another element means that the layer or the element is directly in direct mechanical and / or electrical contact on the other Layer or the other element is arranged. Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. Further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer or between the one and the other element.

Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen“ zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elemente und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elemente angeordnet ist. Dabei können bei einem mittelbaren Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elementen angeordnet sein.The fact that a layer or an element is arranged “between” two other layers or elements can mean here and below that the one layer or the one element is in direct mechanical and / or electrical contact or in indirect contact with one of the other two Layers or elements and is arranged in direct mechanical and / or electrical contact or in indirect contact with the other of the two other layers or elements. In the case of indirect contact, further layers and / or elements can then be arranged between the one and at least one of the two other layers or between the one and at least one of the two other elements.

Das Heizelement ist bevorzugt eine Leiterbahn, die im Betrieb des Laserdiodenchips als Widerstandsheizung fungiert. Insbesondere wird in dem Heizelement elektrische Energie in Wärme umgesetzt und der Laserdiodenchip auf diese Weise gezielt erwärmt. Durch das Heizelement kann der Laserdiodenchip vorteilhaft gezielt auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden, bei der der Laserdiodenchip eine vorgegebene Emissionswellenlänge aufweist. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass der Laserdiodenchip eine stabilisierte Emissionswellenlänge aufweist.The heating element is preferably a conductor track which functions as resistance heating during operation of the laser diode chip. In particular, in the The heating element converts electrical energy into heat and the laser diode chip is specifically heated in this way. By means of the heating element, the laser diode chip can advantageously be specifically heated to a predetermined temperature at which the laser diode chip has a predetermined emission wavelength. In this way it is advantageously achieved that the laser diode chip has a stabilized emission wavelength.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Laserdiodenchip auf einer Wärmesenke angeordnet, wobei die aktive Schicht zwischen dem Heizelement und der Wärmesenke angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt das Heizelement bei dieser Ausgestaltung von der aktiven Schicht aus gesehen der Wärmesenke gegenüber. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Heizung der aktiven Schicht durch das Heizelement, da die Wärmepfade zwischen dem Heizelement und der Wärmesenke in diesem Fall durch aktive Schicht verlaufen und vorteilhaft keine parasitären Wärmepfade existieren. Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere der n-Typ Halbleiterbereich des Laserdiodenchips der Wärmesenke zugewandt, beispielsweise kann der n-Typ Halbleiterbereich mittels einer Verbindungschicht wie zum Beispiel einer Lotschicht mit der Wärmesenke verbunden sein. Das Heizelement ist in diesem Fall insbesondere an der dem Umgebungsmedium zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet. Die Wärmesenke ist vorteilhaft aus einem thermisch gut leitenden Material wie zum Beispiel Kupfer gebildet.In accordance with at least one embodiment, the laser diode chip is arranged on a heat sink, the active layer being arranged between the heating element and the heat sink. In other words, in this embodiment, the heating element is opposite the heat sink when viewed from the active layer. This enables a particularly efficient heating of the active layer by the heating element, since the heat paths between the heating element and the heat sink in this case run through the active layer and advantageously no parasitic heat paths exist. In this embodiment, in particular the n-type semiconductor region of the laser diode chip faces the heat sink, for example the n-type semiconductor region can be connected to the heat sink by means of a connection layer such as a solder layer. In this case, the heating element is arranged in particular on the side of the laser diode chip facing the surrounding medium. The heat sink is advantageously formed from a thermally highly conductive material such as copper.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen das Heizelement und der p-Kontakt des Laserdiodenchips das gleiche Material auf. Der Herstellungsaufwand des Heizelements ist in diesem Fall vorteilhaft gering, da keine Schicht aus einem zusätzlichen Material aufgebracht werden muss. Insbesondere kann zur Herstellung des Heizelements das gleiche Beschichtungsverfahren und/oder das gleiche Strukturierungsverfahren eingesetzt werden wie zur Herstellung des p-Kontakts. Vorzugsweise weist das Heizelement zumindest eines der Metalle Gold, Titan, Platin und Palladium auf.In a preferred embodiment, the heating element and the p-contact of the laser diode chip have the same material. The manufacturing cost of the heating element is advantageously low in this case, since no layer made of an additional material has to be applied. In particular, the same coating method and / or the same structuring method can be used for producing the heating element as for producing the p-contact. The heating element preferably has at least one of the metals gold, titanium, platinum and palladium.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement nicht zur Injektion eines Betriebsstroms in die aktive Schicht des Laserdiodenchips vorgesehen. Hierdurch unterscheidet sich das Heizelement insbesondere von dem p-Kontakt des Laserdiodenchips, der aus dem gleichen Material wie das Heizelement bestehen kann.In accordance with at least one embodiment, the heating element is not provided for injecting an operating current into the active layer of the laser diode chip. In this way, the heating element differs in particular from the p-contact of the laser diode chip, which can consist of the same material as the heating element.

Das Heizelement ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit elektrischen Kontakten verbunden, die nicht mit einem p-Kontakt oder einem n-Kontakt des Laserdiodenchips verbunden sind. Die Stromkreise für das Heizelement und den Laserdiodenchip sind in diesem Fall vollständig getrennt. Der Stromfluss durch das Heizelement kann somit unabhängig vom Stromfluss durch die aktive Schicht geregelt werden.In a preferred embodiment, the heating element is connected to electrical contacts which are not connected to a p-contact or an n-contact of the laser diode chip. The circuits for the heating element and the laser diode chip are completely separated in this case. The current flow through the heating element can thus be regulated independently of the current flow through the active layer.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Heizelement einen gemeinsamen Kontakt mit dem Laserdiodenchip auf. Der gemeinsame Kontakt ist vorzugsweise der p-Kontakt des Laserdiodenchips. Dieser gemeinsame Kontakt kann verwendet werden, um den Stromfluss durch den Laserdiodenchip und das Heizelement unabhängig voneinander zu regeln, wenn der Laserdiodenchip und das Heizelement gleichzeitig betrieben werden. Zur Vereinfachung der Regelung ist es auch möglich, den Laserdiodenchip und das Heizelement nur abwechselnd und nicht gleichzeitig zu betreiben.In an alternative embodiment, the heating element has a common contact with the laser diode chip. The common contact is preferably the p-contact of the laser diode chip. This common contact can be used to regulate the current flow through the laser diode chip and the heating element independently of one another when the laser diode chip and the heating element are operated simultaneously. To simplify the regulation, it is also possible to operate the laser diode chip and the heating element only alternately and not at the same time.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement über einem p-Kontakt des Laserdiodenchips angeordnet, wobei zwischen dem Heizelement und dem p-Kontakt eine Passivierungsschicht, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht, angeordnet ist.In accordance with at least one embodiment, the heating element is arranged above a p-contact of the laser diode chip, a passivation layer, for example a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, being arranged between the heating element and the p-contact.

Bei einer Ausgestaltung weist der Laserdiodenchip einen Rippenwellenleiter (Ridge) auf, wobei das Heizelement parallel zum Rippenwellenleiter angeordnet ist. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, den durch den Rippenwellenleiter definierten optisch aktiven Bereich gleichmäßig zu beheizen. Vorzugsweise entspricht die Länge des Heizelements im Wesentlichen der Länge des Rippenwellenleiters.In one configuration, the laser diode chip has a ridge waveguide (ridge), the heating element being arranged parallel to the ridge waveguide. In this way, it is advantageously possible to uniformly heat the optically active region defined by the fin waveguide. The length of the heating element preferably corresponds essentially to the length of the fin waveguide.

Bei einer Ausgestaltung ist der p-Typ Halbleiterbereich bereichsweise mit einer Passivierungsschicht bedeckt, wobei das Heizelement auf der Passivierungsschicht angeordnet ist. In diesem Fall ist das Heizelement vorteilhaft nur durch die Passivierungsschicht von dem p-Typ Halbleiterbereich getrennt, so dass das Halbleitermaterial effektiv beheizt werden kann.In one configuration, the p-type semiconductor region is partially covered with a passivation layer, the heating element being arranged on the passivation layer. In this case, the heating element is advantageously separated from the p-type semiconductor region only by the passivation layer, so that the semiconductor material can be heated effectively.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement zumindest bereichsweise durch eine metallische Anwachsschicht (engl. seed layer) gebildet. Die metallische Anwachsschicht kann Bereiche aufweisen, die zur Abscheidung des p-Kontakts vorgesehen sind. Mit Vorteil ist das Heizelement bei dieser Ausgestaltung durch einen Bereich der Anwachsschicht gebildet, wobei die Anwachsschicht ohnehin zur Herstellung des p-Kontakts auf die Halbleiterschichtenfolge des Laserdiodenchips aufgebracht und strukturiert wird. Der Herstellungsaufwand zur Herstellung des Heizelements ist deshalb vorteilhaft gering. Die Anwachsschicht kann eine oder mehrere metallische Schichten, beispielsweise eine Ti/Pd/Au-Schichtenfolge oder eine Ti/Pt/Au-Schichtenfolge aufweisen. In accordance with at least one embodiment, the heating element is formed, at least in regions, by a metallic seed layer. The metallic growth layer can have areas which are provided for the deposition of the p-contact. In this embodiment, the heating element is advantageously formed by a region of the growth layer, the growth layer being applied and structured anyway to produce the p-contact on the semiconductor layer sequence of the laser diode chip. The manufacturing outlay for producing the heating element is therefore advantageously low. The growth layer can have one or more metallic layers, for example a Ti / Pd / Au layer sequence or a Ti / Pt / Au layer sequence.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement zumindest bereichsweise eine galvanische Schicht. Bei dieser Ausgestaltung wird das Heizelement vorteilhaft durch eine galvanische Abscheidung hergestellt. Es wird somit vorteilhaft ein Prozess zur Herstellung des Heizelements verwendet, der vorteilhaft auch zur Herstellung des p-Kontakts des Laserdiodenchips verwendet wird. Dadurch vermindert sich der Herstellungsaufwand vorteilhaft.According to at least one embodiment, the heating element is a galvanic layer, at least in some areas. In this embodiment, the heating element is advantageously produced by galvanic deposition. A process for producing the heating element is therefore advantageously used, which is also advantageously used for producing the p-contact of the laser diode chip. This advantageously reduces the manufacturing outlay.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Strompfad durch den p-Typ Halbleiterbereich zwischen dem Heizelement und dem p-Kontakt des Laserdiodenchips ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann der Heizstrom über einen Heizkontakt, der mit dem p-Typ Halbleiterbereich elektrisch leitend verbunden ist, zugeführt werden und fließt von dort zum p-Kontakt. Auf diese Weise wird in dem p-Typ Halbleiterbereich ein zusätzlicher Strompfad erzeugt, der nicht zum n-Kontakt führt. Durch den Stromfluss entlang dieses Strompfads erwärmt sich das Halbleitermaterial, so dass der p-Typ Halbleiterbereich als Heizelement fungiert. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Halbleitermaterial selbst direkt geheizt wird. Vorzugsweise werden der Laserdiodenchip und das Heizelement bei dieser Ausgestaltung nicht gleichzeitig betrieben. Der Laserdiodenchip und das Heizelement können beispielsweise abwechselnd betrieben werden.In accordance with at least one embodiment, a current path is formed through the p-type semiconductor region between the heating element and the p-contact of the laser diode chip. In this embodiment, the heating current can be supplied via a heating contact, which is electrically conductively connected to the p-type semiconductor region, and flows from there to the p-contact. In this way, an additional current path is generated in the p-type semiconductor region, which does not lead to the n-contact. The semiconductor material heats up due to the current flow along this current path, so that the p-type semiconductor region functions as a heating element. An advantage of this configuration is that the semiconductor material itself is heated directly. In this embodiment, the laser diode chip and the heating element are preferably not operated simultaneously. The laser diode chip and the heating element can be operated alternately, for example.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement an eine Steuervorrichtung angeschlossen, die dazu eingerichtet ist, die Heizleistung des Heizelements zu regeln. Die Steuervorrichtung kann insbesondere einen Stromfluss durch das Heizelement regeln, um auf diese Weise die Heizleistung einzustellen. Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Heizleistung derart zu regeln, dass die Emissionswellenlänge des Laserdiodenchips innerhalb einer vorgegebenen Toleranz in einem Sollwertbereich liegt.According to at least one embodiment, the heating element is connected to a control device which is set up to regulate the heating power of the heating element. The control device can in particular regulate a current flow through the heating element in order to set the heating power in this way. The control device can in particular be set up to regulate the heating power in such a way that the emission wavelength of the laser diode chip lies within a predetermined tolerance in a target value range.

Die Regelung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zumindest ein Teil der emittierten Strahlung auf ein optisches Filter gelenkt wird, das bei der gewünschten Emissionswellenlänge ein Transmissionsfenster aufweist. Die Heizleistung des Heizelements kann in diesem Fall derart geregelt werden, dass ein Detektorelement hinter dem optischen Filter eine maximale Intensität detektiert. Wenn sich die Wellenlänge der emittierten Strahlung ändert, kann die Heizleistung derart geregelt werden, dass die von dem Detektorelement detektierte Intensität maximiert wird.The regulation can take place, for example, by directing at least part of the emitted radiation onto an optical filter which has a transmission window at the desired emission wavelength. In this case, the heating power of the heating element can be regulated in such a way that a detector element behind the optical filter detects a maximum intensity. If the wavelength of the emitted radiation changes, the heating power can be regulated in such a way that the intensity detected by the detector element is maximized.

Der Laserdiodenchip wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 8 näher erläutert.The laser diode chip is described below using exemplary embodiments in connection with the 1 to 8th explained in more detail.

Es zeigen:

  • 1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem ersten Beispiel,
  • 1B eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Laserdiodenchips gemäß dem ersten Beispiel,
  • 1C eine Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem ersten Beispiel,
  • 2A und 2B jeweils beispielhafte Darstellungen der Stromkreise des Heizelements und des Laserdiodenchips,
  • 3A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem zweiten Beispiel,
  • 3B eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel,
  • 3C eine Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel,
  • 3D eine weitere Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel,
  • 4A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem dritten Beispiel,
  • 4B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Laserdiodenchip gemäß einem vierten Beispiel,
  • 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem fünften Beispiel,
  • 6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem sechsten Beispiel,
  • 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem siebten Beispiel,
  • 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem achten Beispiel.
Show it:
  • 1A 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a first example,
  • 1B 1 shows a schematic illustration of a perspective view of a laser diode chip according to the first example,
  • 1C 2 shows a detailed view of the laser diode chip according to the first example,
  • 2A and 2 B exemplary representations of the circuits of the heating element and the laser diode chip,
  • 3A 2 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a second example,
  • 3B 1 shows a schematic illustration of a perspective view of a laser diode chip according to the second example,
  • 3C 2 shows a detailed view of the laser diode chip according to the second example,
  • 3D 5 shows a further detailed view of the laser diode chip according to the second example,
  • 4A 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a third example,
  • 4B 1 shows a schematic illustration of a top view of the laser diode chip according to a fourth example,
  • 5 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a fifth example,
  • 6 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a sixth example,
  • 7 2 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a seventh example,
  • 8th is a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to an eighth example.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.The same or equivalent components are provided with the same reference numerals in the figures. The components shown and the proportions of the components among one another are not to be considered as true to scale.

In den 1A, 1B und 1C ist ein Ausführungsbeispiel des Laserdiodenchips im Querschnitt, in einer Draufsicht und in einer Detailansicht der Draufsicht dargestellt. Der Laserdiodenchip weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einem n-Typ Halbleiterbereich 3, einer aktiven Schicht 4 und einem p-Typ Halbleiterbereich 5 auf.In the 1A . 1B and 1C An embodiment of the laser diode chip is shown in cross section, in a top view and in a detailed view of the top view. The laser diode chip has a semiconductor layer sequence 2 with an n-type semiconductor region 3 , an active layer 4 and ap type semiconductor region 5 on.

Die aktive Schicht 4 kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. The active layer 4 can be designed, for example, as a pn junction, as a double heterostructure, as a single quantum well structure or as a multiple quantum well structure. The term quantum well structure encompasses any structure in which charge carriers experience a quantization of their energy states through confinement. In particular, the term quantum well structure contains no information about the dimensionality of the quantization. It includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.

Die Halbleiterschichtenfolge 2 des Laserdiodenchips basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf einem Arsenid-, Nitrid- oder Phosphidverbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge 2 InxAlyGa1-x-yN, InxAlyGa1-x-yP oder InxAlyGa1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, enthalten. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Die Materialauswahl erfolgt dabei anhand der gewünschten Emissionswellenlängen des Laserdiodenchips.The semiconductor layer sequence 2 of the laser diode chip is preferably based on a III-V compound semiconductor material, in particular on an arsenide, nitride or phosphide compound semiconductor material. For example, the semiconductor layer sequence 2 In x Al y Ga 1-xy N, In x Al y Ga 1-xy P or In x Al y Ga 1-xy As, each with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1, contain. The III-V compound semiconductor material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the formulas above. Rather, it can have one or more dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, the above formulas only contain the essential constituents of the crystal lattice, even if these can be replaced in part by small amounts of other substances. The material selection is based on the desired emission wavelengths of the laser diode chip.

In dem p-Typ Halbleiterbereich 5 ist ein Rippenwellenleiter 13 (ridge) ausgebildet. Der Rippenwellenleiter 13 kann durch eine Strukturierung des p-Typ Halbleiterbereichs 5, beispielsweise durch ein fotolithografisches Verfahren, hergestellt werden. Zur elektrischen Kontaktierung weist der Laserdiodenchip einen n-Kontakt 9 und einen p-Kontakt 8 auf, die beispielsweise als Metallschichten ausgeführt sind.In the p-type semiconductor area 5 is a ribbed waveguide 13 (ridge) trained. The rib waveguide 13 can be structured by structuring the p-type semiconductor region 5 , for example by a photolithographic process. The laser diode chip has an n-contact for electrical contacting 9 and ap contact 8th on, which are designed for example as metal layers.

Der auf dem p-Typ Halbleiterbereich 5 angeordnete p-Kontakt 8 kann beispielsweise eine Goldschicht sein. Der p-Kontakt 8 kann insbesondere durch galvanische Abscheidung auf einer Anwachsschicht 7 hergestellt werden. Die Dicke des p-Kontakts kann beispielsweise zwischen 1 µm und 10 µm, insbesondere etwa 5 µm betragen.The one on the p-type semiconductor area 5 arranged p-contact 8th can be, for example, a gold layer. The p contact 8th can in particular by galvanic deposition on a growth layer 7 getting produced. The thickness of the p-contact can be, for example, between 1 μm and 10 μm, in particular approximately 5 μm.

Die Anwachsschicht 7 kann beispielsweise eine Titan-Palladium-Gold-Schichtenfolge sein. Die Dicke der Anwachsschicht 7 kann beispielsweise etwa 470 nm betragen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der p-Kontakt 8 nur an der Oberseite des Rippenwellenleiters 13 mit dem p-Typ Halbleiterbereich 5 elektrisch leitend verbunden. Außerhalb des Rippenwellenleiters 13 ist der p-Kontakt 8 durch eine Passivierungsschicht 6 von dem p-Typ Halbleiterbereich 5 elektrisch isoliert.The growth layer 7 can be, for example, a titanium-palladium-gold layer sequence. The thickness of the growth layer 7 can be, for example, about 470 nm. In the exemplary embodiment, the p-contact 8th only on the top of the rib waveguide 13 with the p-type semiconductor area 5 electrically connected. Outside the rib waveguide 13 is the p contact 8th through a passivation layer 6 from the p-type semiconductor region 5 electrically isolated.

Der Laserdiodenchip weist an einer dem p-Typ Halbleiterbereich 5 zugewandten Seite ein Heizelement 14 auf. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 14 als Leiterbahn ausgeführt, die über dem Rippenwellenleiter 13 und dem p-Kontakt 8 angeordnet ist. Das Heizelement 14 ist vorliegend nicht elektrisch leitend mit dem p-Kontakt 8 verbunden, sondern durch eine Passivierungsschicht 12 von dem p-Kontakt 8 isoliert. Die Passivierungsschicht 13 kann beispielsweise eine Oxidschicht oder Nitridschicht sein, insbesondere eine Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht. Das als Leiterbahn ausgeführte Heizelement 14 kann wie der p-Kontakt 8 durch galvanische Abscheidung einer Metallschicht 10 auf einer Anwachsschicht 11 hergestellt werden. Die Metallschicht 10 kann beispielsweise eine Goldschicht sein. Dadurch, dass das Heizelement 14 aus dem gleichen Material wie der p-Kontakt 8 gebildet sein kann und insbesondere mit den gleichem Herstellungsverfahren hergestellt sein kann, kann das Heizelement 14 mit vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand realisiert werden.The laser diode chip has a p-type semiconductor region 5 facing side a heating element 14 on. In the embodiment shown here is the heating element 14 designed as a conductor track above the ribbed waveguide 13 and the p contact 8th is arranged. The heating element 14 is not electrically conductive with the p-contact in the present case 8th connected, but through a passivation layer 12 from the p-contact 8th isolated. The passivation layer 13 can for example be an oxide layer or nitride layer, in particular a silicon oxide layer or silicon nitride layer. The heating element designed as a conductor track 14 can like the p-contact 8 by electrodeposition of a metal layer 10 on a growth layer 11 getting produced. The metal layer 10 can be, for example, a gold layer. In that the heating element 14 The heating element can be made of the same material as the p-contact 8 and in particular can be produced with the same manufacturing method 14 can be realized with comparatively little production effort.

Wie in der Draufsicht in 1B zu sehen, kann das Heizelement 14 als Leiterbahn ausgeführt sein, deren Länge vorzugsweise im Wesentlichen mit der Länge des Rippenwellenleiters 13 übereinstimmt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die aktive Schicht 4 durch das Heizelement 14 gleichmäßig erwärmt wird. Das Heizelement 14 weist einen Ohmschen Widerstand auf, der sich insbesondere aus der Länge und der Querschnittsfläche des Heizelements 14 ergibt. Der ohmsche Widerstand, und damit die Heizleistung bzw. der Strom-/Spannungs-Arbeitspunkt, kann durch insbesondere durch das Material, die Schichtdicke, die Breite und/oder die Länge des Heizelements 14 eingestellt werden. Die Schichtdicke des Heizelements 14 kann beispielsweise zwischen 1 µm und 10 µm, insbesondere etwa 5 µm, betragen. Die Breite des Heizelements 14 beträgt vorzugsweise zwischen 5 µm und 30 µm.As in the top view in 1B can see the heating element 14 be designed as a conductor track, the length of which preferably essentially corresponds to the length of the rib waveguide 13 matches. In this way it can be achieved that the active layer 4 through the heating element 14 is heated evenly. The heating element 14 has an ohmic resistance, which results in particular from the length and the cross-sectional area of the heating element 14 results. The ohmic resistance, and thus the heating power or the current / voltage operating point, can be determined by the material, the layer thickness, the width and / or the length of the heating element 14 can be set. The layer thickness of the heating element 14 can be, for example, between 1 μm and 10 μm, in particular about 5 μm. The width of the heating element 14 is preferably between 5 microns and 30 microns.

Das Heizelement 14 kann an seinen Enden Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung aufweisen. Durch Bestromung des Heizelements wird eine Heizleistung erzeugt, durch die die Halbleiterschichtenfolge 2 inklusive der aktiven Schicht 4 erwärmt werden kann. Durch eine Einstellung der Heizleistung kann die temperaturabhängige Emissionswellenlänge des Laserdiodenchips gezielt beeinflusst werden. Hierbei ist es von Vorteil, dass das Heizelement 14 direkt über der Halbleiterschichtenfolge 2 des Laserdiodenchips angeordnet ist, insbesondere also nicht auf einem Träger oder einer Wärmesenke 1 des Laserdiodenchips. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein direkter thermischer Kontakt zur Halbleiterschichtenfolge erzielt werden. Die zu heizende Masse ist deshalb vorteilhaft gering. Mit dem hier beschriebenen Heizelement 14 kann deshalb eine schnelle und effektive Regelung der Temperatur der Halbleiterschichtenfolge und der von der Temperatur abhängigen Emissionswellenlänge erfolgen.The heating element 14 can have contact surfaces for electrical contacting at its ends. A heating power is generated by energizing the heating element, by means of which the semiconductor layer sequence 2 including the active layer 4 can be heated. The temperature-dependent emission wavelength of the laser diode chip can be specifically influenced by adjusting the heating power. It is advantageous that the heating element 14 directly above the semiconductor layer sequence 2 of the laser diode chip is arranged, in particular not on a carrier or a heat sink 1 of the laser diode chip. In this way, direct thermal contact with the semiconductor layer sequence can advantageously be achieved. The mass to be heated is therefore advantageously low. With the heating element described here 14 can therefore quickly and effectively regulate the temperature of the Semiconductor layer sequence and the temperature-dependent emission wavelength take place.

Der Laserdiodenchip ist vorteilhaft an dem n-Kontakt 9 mit einer Wärmesenke 1 verbunden. In diesem Fall befindet sich die lichtemittierende aktive Schicht 4 zwischen dem Heizelement 14 und der Wärmesenke 1. Die ermöglicht eine effiziente Heizung der aktiven Schicht 4, da keine parasitären Wärmepfade zwischen dem Heizelement 14 und der Wärmesenke 1 existieren.The laser diode chip is advantageous at the n-contact 9 with a heat sink 1 connected. In this case there is the light-emitting active layer 4 between the heating element 14 and the heat sink 1 , This enables efficient heating of the active layer 4 , since there are no parasitic heat paths between the heating element 14 and the heat sink 1 exist.

Zur elektrischen Verschaltung des Heizelements 14 sind grundsätzlich zwei Varianten denkbar, die in den 2A und 2B dargestellt sind. 2A zeigt eine Variante, bei der die Stromkreise für den Laserdiodenchip und das Heizelement 14 komplett getrennt sind. Beispielsweise weist das Heizelement 14 zwei Kontakte h+, h- auf, die von Kontakten p, n des Laserdiodenchips getrennt sind. Das macht die Regelung der Ansteuerung einfach, erfordert aber vier elektrische Kontakte mit entsprechendem Aufwand bei der Kontaktierung. Das zuvor gezeigte Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C zeigt eine solche Variante.For the electrical connection of the heating element 14 In principle, two variants are conceivable 2A and 2 B are shown. 2A shows a variant in which the circuits for the laser diode chip and the heating element 14 are completely separate. For example, the heating element 14 two contacts h +, h-, which are separated from contacts p, n of the laser diode chip. This makes the control of the control simple, but requires four electrical contacts with corresponding effort in the contacting. The previously shown embodiment of the 1A to 1C shows such a variant.

Wie in 2B dargestellt, kann alternativ ein Kontakt h des Heizelements 14 verbunden sein mit einem Kontakt p des Laserdiodenchip, bevorzugt dem p-Kontakt. Dieser gemeinsame Kontakt kann verwendet werden, um den Stromfluss durch den Laserdiodenchip und das Heizelement 14 unabhängig voneinander zu regeln, wenn der Laserdiodenchip und das Heizelement 14 gleichzeitig betrieben werden. Zur Vereinfachung der Regelung ist es auch denkbar, den Laserdiodenchip und das Heizelement 14 nur abwechselnd und nicht gleichzeitig zu betreiben.As in 2 B shown, can alternatively a contact h of the heating element 14 be connected to a contact p of the laser diode chip, preferably the p-contact. This common contact can be used to control the current flow through the laser diode chip and the heating element 14 to be regulated independently of one another if the laser diode chip and the heating element 14 operated simultaneously. To simplify the regulation, it is also conceivable for the laser diode chip and the heating element 14 only operate alternately and not at the same time.

Ein Ausführungsbeispiel des Laserdiodenchips, bei dem das Heizelement 14 und der Laserdiodenchip einen gemeinsamen Kontakt aufweisen, ist in den 3A bis 3D gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 14 ein als Leiterbahn ausgeführter Teil einer Metallschicht 8, 10, die insbesondere Gold aufweisen kann. Die Metallschicht 8, 10 bildet bei diesem Beispiel sowohl das Heizelement 14 als auch den p-Kontakt 8 aus. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstellung des Heizelements 14 keine weiteren Schichten aufgebracht werden müssen und somit der Herstellungsaufwand gering ist. 3A zeigt einen Querschnitt durch den Laserdiodenchip. 3B zeigt, wie das Heizelement 14 durch Aussparen der Metallschicht als Leiterbahn ausgeführt wird. Die Detailansicht in 3C zeigt eine Kontaktfläche 14a für das Heizelement 14. Wie in der weiteren Detailansicht in 3D zu sehen, ist ein Ende der Leiterbahn, welche das Heizelement 14 bildet, mit dem p-Kontakt 8 verbunden.An embodiment of the laser diode chip, in which the heating element 14 and the laser diode chip have a common contact, is in the 3A to 3D shown. In this embodiment, the heating element 14 a part of a metal layer designed as a conductor track 8th . 10 which can have gold in particular. The metal layer 8th . 10 forms both the heating element in this example 14 as well as the p-contact 8th out. This has the advantage of producing the heating element 14 no further layers have to be applied and the manufacturing effort is therefore low. 3A shows a cross section through the laser diode chip. 3B shows how the heating element 14 is carried out by cutting out the metal layer as a conductor track. The detailed view in 3C shows a contact area 14a for the heating element 14 , As in the further detailed view in 3D to see is one end of the trace, which is the heating element 14 forms with the p-contact 8th connected.

4A zeigt im Querschnitt eine Abwandlung der vorherigen Ausführung. Das Heizelement 14 wird bei diesem Beispiel durch die strukturierte Anwachsschicht 11 gebildet. Da die Anwachsschicht 11 dünner ist und einen höheren spezifischen Widerstand aufweist als die Metallschicht, die den p-Kontakt 8 ausbildet, ist der ohmsche Widerstand bei ansonsten gleichen Dimensionen höher als im Beispiel der 3. Damit lassen sich andere Heizleistungen und/oder andere Strom/Spannungs-Arbeitspunkte realisieren. 4A shows in cross section a modification of the previous embodiment. The heating element 14 is in this example through the structured growth layer 11 educated. Because the growth layer 11 is thinner and has a higher resistivity than the metal layer which has the p-contact 8th trained, the ohmic resistance is otherwise higher than in the example of the same dimensions 3 , This enables other heating outputs and / or other current / voltage operating points to be implemented.

Die beiden in den Beispielen der 3A und 4A gezeigten Querschnitte lassen sich auch alternierend parallel zur der Längsachse des Rippenwellenleiters 13 anordnen. Ein solches Beispiel ist in 4B schematisch in der Draufsicht gezeigt. Der Querschnitt entlang der Linie AB entspricht bei diesem Beispiel der 4A und der Querschnitt entlang der Linie CD dem Beispiel der 3A. Das Heizelement 14 umfasst in Längsrichtung abwechselnd erste Bereiche, in denen nur die Anwachsschicht 11 vorliegt, und zweite Bereiche, in denen eine zusätzliche Metallschicht 10 auf der Anwachsschicht 11 aufgebracht ist. Die Metallschicht 10 ist beispielsweise eine Goldschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm bis 20 µm, insbesondere etwa 5 µm, die vorzugsweise galvanisch hergestellt ist. Die Metallschicht 10 weist insbesondere das gleiche Material auf wie der p-Kontakt 8 und kann gleichzeitig mit dem p-Kontakt 8 hergestellt und strukturiert werden. Durch die ersten Bereiche des Heizelements 14 mit der Metallschicht 10 kann der Strom mit geringerem Widerstand fließen, während in den zweiten Bereichen ohne Metallschicht über der Anwachsschicht 11 der Widerstand höher ist. Das Verhältnis zwischen den ersten Bereichen und den zweiten Bereichen ist ein weiterer Designparameter, mit dem der ohmsche Widerstand des Heizelements 14 eingestellt werden kann.The two in the examples of 3A and 4A Cross sections shown can also alternate parallel to the longitudinal axis of the rib waveguide 13 Arrange. One such example is in 4B shown schematically in plan view. The cross section along the line AB corresponds to that in this example 4A and the cross section along the line CD the example of 3A , The heating element 14 in the longitudinal direction alternately comprises first areas in which only the growth layer 11 is present, and second areas in which an additional metal layer 10 on the growth layer 11 is applied. The metal layer 10 is, for example, a gold layer with a thickness of approximately 1 μm to 20 μm, in particular approximately 5 μm, which is preferably produced by electroplating. The metal layer 10 has in particular the same material as the p-contact 8 and can simultaneously with the p-contact 8th manufactured and structured. Through the first areas of the heating element 14 with the metal layer 10 the current can flow with less resistance, while in the second areas without a metal layer over the growth layer 11 the resistance is higher. The relationship between the first areas and the second areas is another design parameter with which the ohmic resistance of the heating element 14 can be adjusted.

Die 5 und 6 zeigen weitere Abwandlungen der vorherigen Beispiele. Bei diesen Beispielen ist das Heizelement 14 direkt oberhalb des Rippenwellenleiters 13 angeordnet, allerdings im Unterschied zur 1 nicht oberhalb des p-Kontakts 8. Die Zuführung des Betriebsstroms für den Laserdiodenchip erfolgt vom seitlich angeordneten p-Kontakt 8 über die Anwachsschicht 7 zum Rippenwellenleiter 13. Die Anwachsschicht 7 ist bereichsweise von dem p-Typ Halbleiterbereich 5 durch eine Passivierungsschicht 6, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht, elektrisch isoliert. Auf dieser Anwachsschicht 7 ist im Bereich des Rippenwellenleiters 13 eine weitere Passivierungsschicht 12 als elektrische Isolation aufgebracht. Auf der Passivierungsschicht 12 ist eine Anwachsschicht 11 angeordnet. Die Anwachsschicht 11 kann beispielsweise Titan, Platin, Palladium und/oder Gold umfassen, insbesondere kann die Anwachsschicht 11 eine Ti-Pd-Au oder Ti-Pt-Au-Schichtenfolge aufweisen.The 5 and 6 show further modifications of the previous examples. In these examples, the heating element is 14 directly above the rib waveguide 13 arranged, but in contrast to 1 not above the p-contact 8. The operating current for the laser diode chip is supplied from the laterally arranged p-contact 8 via the growth layer 7 to the rib waveguide 13 , The growth layer 7 is in some areas of the p-type semiconductor area 5 through a passivation layer 6 , for example a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, electrically insulated. On this growth layer 7 is in the area of the rib waveguide 13 another passivation layer 12 applied as electrical insulation. On the passivation layer 12 is a growth layer 11 arranged. The growth layer 11 can comprise, for example, titanium, platinum, palladium and / or gold, in particular the growth layer 11 have a Ti-Pd-Au or Ti-Pt-Au layer sequence.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 fungiert die Anwachsschicht 11 selbst als Heizelement 14. Bei diesem Beispiel ist insbesondere keine weitere Metallschicht über der Anwachsschicht angeordnet. Das Heizelement ist vorteilhaft über dem Rippenwellenleiter 13 angeordnet, so dass die Heizleistung besonders effektiv die strahlungsemittierende aktive Schicht erreicht. Das Heizelement 14 ist somit nahe am Rippenwellenleiter 13 und auf der der Wärmesenke 1 abgewandten Seite angeordnet. Im Vergleich zur 1 entfällt die Wärmespreizung durch den p-Kontakt 8 und die damit verbundenen Verluste an Heizleistung. Im Vergleich zu den Beispielen der 3 und 4 entfallen parasitäre Wärmepfade durch das Halbleitermaterial und die damit verbundenen Verluste an Heizleistung.In the embodiment of the 5 the growth layer acts 11 even as a heating element 14 , In this example in particular no further metal layer is arranged over the growth layer. The heating element is advantageous over the fin waveguide 13 arranged so that the heating power reaches the radiation-emitting active layer particularly effectively. The heating element 14 is therefore close to the rib waveguide 13 and on that of the heat sink 1 opposite side arranged. In comparison to 1 there is no heat spread through the p-contact 8th and the associated losses in heating power. Compared to the examples of 3 and 4 parasitic heat paths through the semiconductor material and the associated losses in heating power are eliminated.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 fungiert die Anwachsschicht 11 mit einer aufgebrachten Metallschicht 10 als Heizelement 14. Die Metallschicht 10 ist beispielsweise eine Goldschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm bis 20 µm, insbesondere etwa 5 µm, die vorzugsweise galvanisch hergestellt ist. Die Metallschicht 10 weist insbesondere das gleiche Material auf wie der p-Kontakt 8 und kann gleichzeitig mit dem p-Kontakt 8 hergestellt und strukturiert werden.In the embodiment of the 6 the growth layer acts 11 with an applied metal layer 10 as a heating element 14 , The metal layer 10 is, for example, a gold layer with a thickness of approximately 1 μm to 20 μm, in particular approximately 5 μm, which is preferably produced by electroplating. The metal layer 10 has in particular the same material as the p-contact 8 and can be produced and structured simultaneously with the p-contact 8.

Wie bei dem vorherigen Beispiel der 4B ist auch bei den Beispielen der 5 und 6 eine in Längsrichtung des Heizelements 14 alternierende Anordnung von ersten Bereichen, in den nur die Anwachsschicht 11 vorliegt, und zweiten Bereichen, in denen eine Metallschicht 10 auf die Anwachsschicht 11 aufgebracht ist, denkbar.As with the previous example of the 4B is also in the examples of 5 and 6 one in the longitudinal direction of the heating element 14 alternating arrangement of first areas, in which only the growth layer 11 is present, and second areas in which a metal layer 10 on the growth layer 11 is applied, conceivable.

7 zeigt eine weitere Möglichkeit, das Heizelement 14 nahe am Rippenwellenleiter 13 zu platzieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf die Anwachsschicht 7, die zum Aufwachsen des p-Kontakts 8 dient, eine Passivierungsschicht 12 aufgebracht. Auf der Passivierungsschicht 12 ist eine strukturierte, leitende Anwachsschicht 11 als Heizelement 14 angeordnet. Die Anwachsschicht 11 ist beispielsweise eine Titan-Platin-Gold-Schichtenfolge. Auf diese Weise ausgebildete Heizelemente 14 erstrecken sich beidseitig in die Vertiefung neben dem Rippenwellenleiter 13. Damit wird die Heizleistung näher am Rippenwellenleiter 13 eingebracht als bei der Ausführung nach 4A. 7 shows another way the heating element 14 close to the rib waveguide 13 to place. In this embodiment is on the growth layer 7 that are used to grow the p-contact 8th serves a passivation layer 12 applied. On the passivation layer 12 is a structured, conductive growth layer 11 as a heating element 14 arranged. The growth layer 11 is, for example, a titanium-platinum-gold layer sequence. Heating elements designed in this way 14 extend on both sides into the recess next to the rib waveguide 13 , The heating power is thus closer to the fin waveguide 13 introduced than in the execution after 4A ,

Außerdem wird in 7 gezeigt, dass die Heizelemente 14 vorteilhaft beidseitig und symmetrisch zum Rippenwellenleiter 13 angebracht werden können. Der Vorteil ist, dass so eine symmetrische Temperaturverteilung im Rippenwellenleiter 13 erzielt werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Strahlprofil bzw. die Verteilung der Lasermoden des Laserdiodenchips unsymmetrisch werden. Die symmetrische Anordnung der Heizelemente 14 ist ebenso denkbar bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 4A.In addition, in 7 shown that the heating elements 14 advantageous on both sides and symmetrical to the ribbed waveguide 13 can be attached. The advantage is that such a symmetrical temperature distribution in the fin waveguide 13 can be achieved. This prevents the beam profile or the distribution of the laser modes of the laser diode chip from becoming asymmetrical. The symmetrical arrangement of the heating elements 14 is also conceivable in the embodiments according to the 3 and 4A ,

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Laserdiodenchips. In diesem Beispiel ist das Heizelement 14 nicht eine Struktur der auf das Halbleitermaterial aufgebrachten Schichten, sondern das Halbleitermaterial selbst. Der Heizstrom wird über einen Heizkontakt, insbesondere eine Metallschicht 10, zugeführt und fließt von dort zum p-Kontakt 8. Auf diese Weise wird in dem p-Typ Halbleiterbereich 5 zusätzlich zum Strompfad 16, der durch die aktive Schicht 4 zum n-Kontakt 9 führt, ein weiterer Strompfad 15 erzeugt, der nicht zum n-Kontakt führt. Durch den Stromfluss entlang dieses Strompfads 15 erwärmt sich das Halbleitermaterial, so dass der p-Typ Halbleiterbereich 5 als Heizelement fungiert. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung ist zum einen, dass das Halbleitermaterial selbst direkt geheizt wird, und zum anderen, dass keine feine Strukturierung der Schichten notwendig ist Allerdings sollte bei dieser Ausgestaltung möglichst verhindert werden, dass Heizstrom auf einem parasitären Strompfad zum n-Kontakt 9 fließt. Eine Möglichkeit ist, dass das Heizelement 14 und der Laserdiodenchip, wie oben beschrieben, nicht gleichzeitig betrieben werden. 8th shows a further embodiment of the laser diode chip. In this example is the heating element 14 not a structure of the layers applied to the semiconductor material, but the semiconductor material itself. The heating current is generated via a heating contact, in particular a metal layer 10 , is supplied and flows from there to the p-contact 8. In this way, the p-type semiconductor region 5 in addition to the current path 16 by the active layer 4 leads to n-contact 9, another current path 15 generated that does not lead to the n-contact. Through the flow of electricity along this current path 15 the semiconductor material heats up, so the p-type semiconductor region 5 acts as a heating element. The advantage of this embodiment is, on the one hand, that the semiconductor material itself is heated directly, and, on the other hand, that no fine structuring of the layers is necessary 9 flows. One possibility is that the heating element 14 and the laser diode chip, as described above, cannot be operated simultaneously.

Alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, dass der zusätzliche Aufwand bei der Herstellung des Laserdiodenchips nur gering ist, da die Heizelemente 14 jeweils mit Materialien realisiert werden können, die ohnehin bei der Herstellung des Laserdiodenchips aufgebracht werden. Außerdem beeinflussen die Heizelemente 14 die Leistungsdaten des Laserdiodenchips nicht oder nur in geringem Maße, so dass die Laserdiodenchips keine Nachteile gegenüber baugleichen Laserdiodenchips ohne Heizelementen haben.All of the exemplary embodiments described above are distinguished by the fact that the additional outlay in the production of the laser diode chip is only slight, since the heating elements 14 can each be realized with materials that are applied anyway in the manufacture of the laser diode chip. Also affect the heating elements 14 the performance data of the laser diode chip is not or only to a small extent, so that the laser diode chips have no disadvantages compared to identical laser diode chips without heating elements.

Durch die geringe zu heizende Masse sind geringe Heizleistungen notwendig, um die aktive Schicht 4 auf die Zieltemperatur zu bringen und so die Wellenlänge zu stabilisieren. Damit sind auch hohe Heizraten möglich, um eine schnelle Anpassung der Wellenlänge zu erreichen. Durch die geringe Masse werden auch schnellere Kühlraten erreicht, wenn der Laserdiodenchip thermisch an eine Wärmesenke 1 angebunden wird. Das ermöglicht eine agile Regelung der Temperatur und damit der Emissionswellenlänge.Due to the low mass to be heated, low heating capacities are necessary for the active layer 4 bring to the target temperature and thus stabilize the wavelength. This also enables high heating rates in order to achieve a quick adjustment of the wavelength. Due to the low mass, faster cooling rates are achieved when the laser diode chip is thermally connected to a heat sink 1 is connected. This enables an agile regulation of the temperature and thus the emission wavelength.

Eine Regelung der Emissionswellenlänge kann auch dazu verwendet werden, eine eventuelle produktionsbedingte Streuung der Wellenlänge mehrerer Laserdiodenchips zu kompensieren, indem die Temperatur des Laserdiodenchips in Abhängigkeit von der Wellenlänge so geregelt wird, dass der Laser bei der gewünschten Wellenlänge emittiert.Regulation of the emission wavelength can also be used to compensate for any production-related scatter in the wavelength of several laser diode chips, by regulating the temperature of the laser diode chip as a function of the wavelength so that the laser emits at the desired wavelength.

Wenn das Heizelement 14 des Laserdiodenchips zur Regelung der Emissionswellenlänge verwendet wird, kann die Regelung beispielsweise dadurch erfolgen, dass zumindest ein Teil der emittierten Strahlung auf ein optisches Filter gelenkt wird, das bei der gewünschten Emissionswellenlänge ein Transmissionsfenster aufweist. Mit anderen Worten ist das optische Filter ein schmalbandiges Filter, das nur in einem engen Wellenlängenbereich um die gewünschte Emissionswellenlänge transparent ist. Die Heizleistung des Heizelements kann in diesem Fall derart geregelt werden, dass ein Detektorelement hinter dem schmalbandigen optischen Filter eine maximale Intensität detektiert. Wenn sich die Wellenlänge der emittierten Strahlung ändert, kann die Heizleistung derart geregelt werden, dass die von dem Detektorelement detektierte Intensität maximiert wird.If the heating element 14 of the laser diode chip is used to regulate the emission wavelength, the regulation can take place, for example, by directing at least part of the emitted radiation onto an optical filter which has a transmission window at the desired emission wavelength. In other words, the optical filter is a narrow-band filter that is only transparent in a narrow wavelength range around the desired emission wavelength. In this case, the heating power of the heating element can be regulated in such a way that a detector element behind the narrow-band optical filter detects a maximum intensity. If the wavelength of the emitted radiation changes, the heating power can be regulated in such a way that the intensity detected by the detector element is maximized.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wärmesenkeheat sink
22
HalbleiterschichtenfolgeSemiconductor layer sequence
33
n-Typ Halbleiterbereichn-type semiconductor area
44
aktive Schichtactive layer
55
p-Typ Halbleiterbereichp-type semiconductor area
66
Passivierungsschichtpassivation
77
AnwachsschichtAnwachsschicht
88th
p-Kontaktp-contact
99
n-Kontaktn-contact
1010
Metallschichtmetal layer
1111
AnwachsschichtAnwachsschicht
1212
Passivierungsschichtpassivation
1313
RippenwellenleiterRidge waveguide
1414
Heizelementheating element
14a14a
Kontaktflächecontact area
1515
Strompfadcurrent path
1616
Strompfadcurrent path

Claims (15)

Laserdiodenchip, umfassend - einen n-Typ Halbleiterbereich (3), einen p-Typ Halbleiterbereich (5) und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich (3) und dem p-Typ Halbleiterbereich (5) angeordnete aktive Schicht (4), einen n-Kontakt (9) und einen p-Kontakt (8), - mindestens ein Heizelement (14), das an einer dem p-Typ Halbleiterbereich (5) zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet sind, wobei das Heizelement (14) als Widerstandsheizung fungiert.Laser diode chip, comprising - an n-type semiconductor region (3), a p-type semiconductor region (5) and an active layer (4) arranged between the n-type semiconductor region (3) and the p-type semiconductor region (5), an n-contact ( 9) and a p-contact (8), - At least one heating element (14), which are arranged on a side of the laser diode chip facing the p-type semiconductor region (5), the heating element (14) functioning as resistance heating. Laserdiodenchip nach Anspruch 1, wobei das Heizelement (14) eine Leiterbahn (10, 11) ist.Laser diode chip after Claim 1 , wherein the heating element (14) is a conductor track (10, 11). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die wobei der Laserdiodenchip auf einer Wärmesenke (1) angeordnet ist, und wobei die aktive Schicht zwischen dem Heizelement (14) und der Wärmesenke (1) angeordnet ist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the laser diode chip is arranged on a heat sink (1), and wherein the active layer between the heating element (14) and the heat sink (1) is arranged. Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) und der p-Kontakt (8) das gleiche Material aufweisen.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) and the p-contact (8) have the same material. Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) mindestens eines der Metalle Gold, Titan, Platin oder Palladium aufweist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) comprises at least one of the metals gold, titanium, platinum or palladium. Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) mit elektrischen Kontakten verbunden ist, die nicht mit dem p-Kontakt (8) oder dem n-Kontakt (9) des Laserdiodenchips verbunden sind.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) is connected to electrical contacts which are not connected to the p-contact (8) or the n-contact (9) of the laser diode chip. Laserdiodenchip nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Heizelement (14) einen gemeinsamen Kontakt mit dem Laserdiodenchip aufweist.Laser diode chip according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the heating element (14) has a common contact with the laser diode chip. Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) über dem p-Kontakt (8) des Laserdiodenchips angeordnet ist, wobei zwischen dem Heizelement (14) und dem p-Kontakt (8) eine Passivierungsschicht (12) angeordnet ist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) is arranged above the p-contact (8) of the laser diode chip, a passivation layer (12) being arranged between the heating element (14) and the p-contact (8). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserdiodenchip einen Rippenwellenleiter (13) aufweist, und wobei das Heizelement (14) parallel zum Rippenwellenleiter (13) angeordnet ist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the laser diode chip has a ribbed waveguide (13), and wherein the heating element (14) is arranged parallel to the ribbed waveguide (13). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der p-Typ Halbleiterbereich (5) bereichsweise mit einer Passivierungsschicht (6) bedeckt ist, und wobei das Heizelement (14) auf der Passivierungsschicht (6) angeordnet ist. Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the p-type semiconductor region (5) is partially covered with a passivation layer (6), and wherein the heating element (14) is arranged on the passivation layer (6). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) zumindest bereichsweise durch eine metallische Anwachsschicht (11) gebildet ist, wobei auf der metallischen Anwachsschicht (11) bereichsweise der p-Kontakt (8) abgeschieden ist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) is at least partially formed by a metallic growth layer (11), wherein the p-contact (8) is partially deposited on the metallic growth layer (11). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (14) eine galvanische Schicht aufweist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) has a galvanic layer. Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Strompfad durch den p-Halbleiterbereich (5) zwischen dem Heizelement (14) und dem p-Kontakt (8) ausgebildet ist.Laser diode chip according to one of the preceding claims, in which a current path through the p-type semiconductor region (5) is formed between the heating element (14) and the p-type contact (8). Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Heizelement (14) an eine Steuervorrichtung angeschlossen ist, die dazu eingerichtet ist, die Heizleistung des Heizelements (14) zu regeln.Laser diode chip according to one of the preceding claims, wherein the heating element (14) is connected to a control device which is set up to regulate the heating power of the heating element (14). Laserdiodenchip nach Anspruch 14, bei dem die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Heizleistung derart zu regeln, dass eine Emissionswellenlänge innerhalb einer vorgegeben Toleranz in einem Sollwertebereich liegt.Laser diode chip after Claim 14 , in which the control device is set up to regulate the heating power in such a way that an emission wavelength lies within a predetermined tolerance in a target value range.
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